开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、课题背景
1. 目的和意义:
进入21世纪以来,煤、天然气、石油等化石燃料的不可再生,以及由其燃烧所造成的环境问题,如酸雨,粉尘、雾霾、温室效应等,引起了人们极大的关注。因此,人们一直在致力研究其他的可再生能源来逐步替代化石燃料,其中包括太阳能,风能,地热能,潮汐能,核能,生物质能。生物质能的出现不仅解决了人畜粪便,农林废弃料、生活垃圾的存放问题,而且为我国的可再生能源发展起到了一定的作用。人们利用有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成可燃气体沼气的原理,对人畜粪便,农林废弃物、生活垃圾等有机废弃物进行资源化利用,既可以生产清洁能源沼气,又可以解决这些废弃物的存储问题,还可以在一定程度上保护生态环境。但是,这些有机废弃物的发酵过程中也产生了新的问题:沼气产气速率低下,甲烷浓度低,而且有机废弃物经发酵所得大量的沼渣难以处理。根据目前的研究,要解决这个问题,需要在生物甲烷发酵过程加入具有纳微孔道结构的新材料活性炭,但是此活性炭不是外来的,而是由沼渣炭化后得到生物炭再经化学活化后得到,这样就将有机废弃物—沼渣——活性炭形成了一个循环的过程,很好的解决了发酵过程产气率低,沼渣难处理的问题。对于沼气脱碳和沼液处理的文献很多,技术相对成熟,而沼渣处理这方面相对薄弱一些,因此我们主要研究如何利用沼渣制备具有一定纳微孔通道结构的活性炭。
活性炭是一种重要的多孔材料,它不仅具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积,而且表面含有多种含氧官能团,具有良好的化学稳定性、优良的催化性能和超强的吸附性能。正是由于这些性能,活性炭在生产生活中的各个领域中都有十分广泛的应用。例如食品行业的酒类、饮料、食品等精制的脱色,医药行业原料药的精制脱色以及防毒面具的制造,化工行业的气体净化和废水处理。
2. 国内外研究概况:
制备活性炭的传统方法主要是以煤,石油等化石能源为原料,经过一系列的物理化学变化得到。然而煤和石油等化石能源不仅消耗迅速,是非可再生资源,而且对环境造成了极大的污染。而以生物质为原料制备活性炭有效利用了被人们丢弃的农林废弃物,变废为宝,不仅减少了因农林废弃物被当做垃圾随处倒放所造成的环境污染,而且减少了因农林废弃物直接燃烧所造成的大气污染。生物质的来源可以分为以下几类:
(1)农业资源
在农业生产和加工过程产生的大量农作物的壳,如椰壳、核桃壳、果壳、稻壳、棉花壳、橄榄壳等;以及农作物的秸秆,如水稻秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、芝麻秸秆、小麦秸秆等;
(2)林业废弃物
